Description des turbines

Description des turbines

Turbine hydraulique

La première véritable turbine à eau, à haut rendement a été construite par Benoit Fourneyron en 1824-1827. Sa première installation était dans un moulin à scierie sur l’Ognon Pont (France). Turbine de Fourneyron était de type radiale, son rendement maximal est de 85%. Une turbine à une vitesse de 2200 t/min, est connue pour sa capacité de 25 kW avec un diamètre de roue de 312 mm .Depuis l’époque de Fourneyron nombreux types de turbines hydrauliques ont été construits et d’autres ont disparu parmi eux la turbine Fourneyron. L’évolution de près de deux siècles essentiellement a laissé trois types de turbines hydrauliques qui sont: turbine Francis, Kaplan et Pelton.
Turbine Francis: Son domaine d’utilisation est le plus vaste. Elle peut fonctionner dans des conditions de hauteur de chute très étendues : de quelques dizaines de mètres jusqu’à 800 m. Turbine Kaplan: est une machines à réaction et à injection totale adaptées aux faibles chutes et aux débits élevés (la turbine Kaplan est à pales réglables en marche).
Turbine Pelton : Adaptées aux chutes supérieures à 400 m et de puissance maximale possible de 350 MW. La turbine Pelton, dont, est une turbine à injection partielle et à veine libre.

Turbine à vapeur

La turbine à vapeur transforme l’énergie de la vapeur en puissance à l’arbre soit par l’impact, soit par le passage de la vapeur sur les aubes fixées à l’arbre. Il y a deux types de turbines à vapeur :
Type à condensation : la vapeur d’admission est habituellement surchauffée pour minimiser la condensation à l’intérieur de la turbine et la vapeur d’échappement est à une pression inferieure à la pression atmosphérique. La faible pression d’échappement est produite par un échangeur de chaleur externe qui refroidit la vapeur et la condense alors qu’elle s’échappe de la turbine .
Type sans condensation : la vapeur d’échappement est égale ou supérieure à la pression atmosphérique. Comme la vapeur d’admission est souvent à la pression et à la température de saturation ; on obtient un mélange de vapeur et de condensat, soit une vapeur humide.

Turbine à gaz

Dans la terminologie, la dénomination officielle des turbines à gaz en français «turbines à combustion » dont l’abréviation est TAC.
La dénomination scientifiquement exacte est « turbine à gaz de combustion » puisque se sont les gaz issus d’une combustion qui fournissent l’énergie à la turbine. Il est donc compréhensible qu’une turbine à gaz puisse être alimentée avec des combustibles liquides.
Les turbines à gaz font partie de la catégorie des turbomachines, elle a connu des progrès réussis dans les années 1930. La première turbine à gaz a été conçue en 1940, son rendement à cycle simple était environ 17% au cours des années 50 à cause de faible rendement du compresseur, de la turbine ainsi à la basse température d’entrée à la turbine en raison des limitations de la métallurgie de l’époque .
Actuellement, la turbine à gaz fait partie de notre environnement courant : l’aviation commerciale et militaire utilise quasi exclusivement des machines de ce type pour propulser ses aéronefs. Pour les applications industrielles, la turbine à gaz est maintenant le concurrent direct des moteurs diesels, et cette évolution est loin d’être terminée

Description de la turbine à gaz MS 5002 C

La turbine à gaz 5002C à deux arbres appartient à une grande famille de turbines à gaz. C’est une machine qui est employée pour entrainer un compresseur centrifuge en charge. A l’extrémité avant de la base de la turbine à gaz, il y a des conduites et des tuyaux d’admission de l’air qui contient un système d’admission à filtre autonettoyant qui réduit le bruit de haute fréquence et un séparateur d’air à inertie qui enlève les particules étrangères avant l’entrée de l’air dans la turbine .
Section chambre de combustion
La section combustion de la turbine à gaz comprend : L’enveloppe de combustion : Elle soutient les douze corps de combustion et renferme les douze pièces de transition, c’est une enceinte qui reçoit l’air de refoulement du compresseur à flux axial et le transfère aux chambres de combustion. Les moitiés : supérieure et inferieure de l’enveloppe sont montées autour de la partie arrière du corps de refoulement du compresseur. La plaque arrière de l’enveloppe de combustion est boulonnée à la bride verticale du corps de la turbine, celle avant est boulonnée à la bride arrière du corps de refoulement.
Section turbine
La section turbine est celle où les gaz chauds venants de la section combustion sont convertis en énergie mécanique. Cette section comprend une partie de stator, et autre rotor. Dans le stator de la turbine nous avons les éléments suivants :
Corps de la turbine : La caisse de la turbine est un des principaux éléments structuraux de la turbine à gaz, elle est boulonnée extérieurement à l’avant aux entretoises du corps de refoulement du compresseur et extérieurement à l’arrière du cadre d’échappement.
Directrice de premier étage : La directrice de premier étage comprend les segments d’aube directrice montés dans une bague de retenue, soutenue dans la veine des gaz par un dispositif de fixation de la caisse de la turbine. La conception de l’ensemble de la directrice et la disposition de son rapport dans la caisse tiennent compte de la dilatation thermique due aux gaz chauds, et maintiennent l’ensemble correctement aligné dans la veine des gaz

Système d’anti-pompage

Le pompage est l’inversion violente du flux d’air dans le compresseur axial car le volume d’air entrant dans les étages du compresseur dépasse la quantité qui s’en va par la sortie. Cette inversion implique une oscillation brusque au niveau du compresseur. Pour cela des dispositifs d’anti-pompage ont été disposés dans les deux installations afin d’éviter la destruction des turbines.
Pour la turbine MS 5002 C nous retrouvons la vanne anti-pompage qui assure la protection de la machine.
Le but des aubes directrices variables (VGV) du carter de stator du compresseur dans la turbine SGT 400 est une protection de la machine contre le phénomène de pompage, et ils aident aussi le clapet de décharge intégrable qui se trouve au niveau de la machine.

Système DLE pour la turbine Siemens SGT 400

Le constructeur Siemens a fabriqué une chambre de combustion qui travaille avec un combustible liquide ou gazeux et avec un brûleur qui utilise un système DLE (Dry Low Emissions ou Basses Emission à Sec). Ce système permet d’avoir une température de réaction très importante avec un niveau bas d’émission des NOx, CO, SOx et hydrocarbure à la fois. Chaque chambre de combustion de l’installation a un bruleur qui est constituée de deux composantes essentielles, un brûleur pilote assurant l’allumage d’une veilleuse permanente qui sert à chauffer la chambre avant l’injection du mélange et un autre bruleur principal son rôle consiste à allumer le mélange du débit du combustible avec 50% à 70% d’air injecté dans une préchambre. La flamme de la réaction se propage dans la chambre de combustion où elle sera refroidie à l’aide du débit d’air restant qui circule dans les parois.

 

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Description de la région de Rhourde Nouss
I-Introduction
II-Description du site de Rhourde Nouss
II-1- Situation géographique
II-2- Situation météorologique
II-3- Historique
II-4- Description des champs de Rhourde Nouss
II-5- Géologie et Ingénierie
III- Description du complexe de Rhourde Nouss
III-1- Organigramme de la région de Rhourd Nouss.
III-2- Usines du complexe de Rhourde Nouss
III-2-1- Usine de traitement de gaz
III-2-2- Central électrique
III-2-3- Centre de Séparation et de Compression (CSC)
III-2-4- Centre processing and facility (CPF)
IV-Division maintenance 
IV-1- Organigramme de la division maintenance
IV-2- Service de la division maintenance
IV-3- But de la division maintenance
V-Emplacement des puits
V-1- Puits de collecte de la phase (A) et(B)
V-2- puits de l’usine CSC
VI-Conclusion
Chapitre II : Description des turbines
I-Introduction
II-Généralité sur les turbines
II-1- Turbine hydraulique
II-2- Turbine à vapeur
II-3- Turbine à gaz
II-3-1- Composants d’une turbine à gaz
II-3-2 Types de turbine à gaz
II-3-3 Principe de fonctionnement
III-Description des deux turbines à gaz (MS 5002 C) et (Siemens SGT 400)
III-1- Description de la turbine à gaz MS 5002 C
III-1-1-Données générales de conception
III-1-2 Sections de la turbine MS 5002C
III-2-Description de la turbine à gaz SGT 400
III-2-1-Données générales de conception
III-2-2 Sections de la turbine siemens SGT400
IV-Conclusion 
Chapitre III : Etude thermodynamique des deux turbines
I-Introduction
II-Etude thermodynamique
II-1 Etude de la turbine MS 5002C
II-1-1 Caractéristiques de la turbine MS 5002C
II-1-2 Données du problème
II-1-3 Calcul de rendement CA du compresseur axial et la puissance totale de la turbine PT
II-1-4 Calcul de débit du combustible(mċ )
II-1-5 Calcul du rendement de la détente 𝑑
II-1-6 Calcul du rendement global de la turbine
II-1-7 Résultats des calculs
II-2 Etude de la turbine Siemens SGT 400
II-2-1 Caractéristiques de la turbine Siemens SGT 400
II-2-2 Données du problème
II-2-3 Calcul de rendement CA du compresseur axial et la puissance total de la turbine PT
II-2-4 Calcul de débit de combustible (mċ )
II-2-5 Calcul du rendement de la détente
II-2-6 Calcul du rendement global de la turbine
II-2-7 Résultats de calculs
III-Conclusion 
Chapitre IV : Discussion des résultats
I-Introduction 
II-Discussion sur les composants des deux turbines
II-1 Système de filtrage d’air
II-2 Système de refroidissement et d’étanchéité
II-3 Système d’anti-pompage
II-4 Paliers
III-Discussion des résultats
IV-Méthode de réduction du pourcentage des émissions des polluants
IV-1 Système Lean Head End (LHE)
IV-2 Système d’injection d’eau
IV-3 Système DLE pour la turbine Siemens SGT 400
V-Conclusion
Conclusion générale

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